Lattice MXO2: LED呼吸燈

呼吸燈的設計較為簡單，我們使用12MHz的系統時鐘作為高頻信號做分頻處理，調整占空比實現PWM，通過LED燈LD1指示輸出狀態。

實現原理如上圖所示，脈沖信號的周期為T，高電平脈沖寬度為t，占空比為t/T。為了實現PWM脈寬調制，我們需要保持周期T不變，調整高電平脈寬t的時間，從而改變占空比。

• 當t = 0時，占空比為0%，因為我們的LED硬件為低電平點亮，所以為最亮的狀態。
• 當t = T時，占空比為100%，LED燈為最暗（熄滅）的狀態。

結合呼吸燈的原理，整個呼吸的周期為最亮→最暗→最亮的時間，即t的值的變化：0→T→0逐漸變化，這個時間應該為2s

呼吸燈設計要求呼吸的周期為2s，也就是說LED燈從最亮的狀態開始，第一秒時間內逐漸變暗，第二秒的時間內再逐漸變亮，依次進行。

本設計中需要兩個計數器cnt1和cnt2，cnt1隨系統時鐘同步計數（系統時鐘上升沿時cnt1自加1）范圍為0~T，cnt2隨cnt1的周期同步計數（cnt1等于T時，cnt2自加1）范圍也是0~T，這樣每次cnt1在0~T的計數時，cnt2為一個固定值，相鄰cnt1計數周期對應的cnt2的值逐漸增大，我們將cnt1計數0~T的時間作為脈沖周期，cnt2的值作為脈沖寬度，則占空比 = cnt2/T,占空比從0%到100%的時間 = cnt2*cnt1 = T^2 = 1s = 12M個系統時鐘，T = 2400，我們定義CNT_NUM = 2400作為兩個計數器的計數最大值。

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// >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
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// File name    : breath_led.v
// Module name  : breath_led
// Author       : STEP// Description  : 
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// Code Revision History : 
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// Version: |Mod. Date:   |Changes Made:
// V1.0     |2017/03/02   |Initial ver
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// Module Function:呼吸燈
module breath_led(clk,rst,led); 	
input clk;             //系統時鐘輸入
	input rst;             //復位輸出
	output led;            //led輸出 	
	reg [24:0] cnt1;       //計數器1
	reg [24:0] cnt2;       //計數器2
	reg flag;              //呼吸燈變亮和變暗的標志位 	
	parameter   CNT_NUM = 2400;	//計數器的最大值 
	period = (2400^2)*2 = 24000000 = 2s
	//產生計數器cnt1
	always@(posedge clk or negedge rst) 
	begin 
		if(!rst) begin
			cnt1<=13'd0;
			end 
        else if(cnt1>=CNT_NUM-1) 
				cnt1<=1'b0;
		     else 
                cnt1<=cnt1+1'b1; 
		end 	//產生計數器cnt2
	always@(posedge clk or negedge rst) 
	begin 
		if(!rst) begin
			cnt2<=13'd0;
			flag<=1'b0;
			end 
        else if(cnt1==CNT_NUM-1) begin //當計數器1計滿時計數器2開始計數加一或減一
			if(!flag) 
			begin            //當標志位為0時計數器2遞增計數，表示呼吸燈效果由暗變亮
				if(cnt2>=CNT_NUM-1)    //計數器2計滿時，表示亮度已最大，標志位變高，之后計數器2開始遞減
					flag<=1'b1;
				else
					cnt2<=cnt2+1'b1;
				end
			else 
			begin
				if(cnt2<=0)      //當標志位為高時計數器2遞減計數
					flag<=1'b0;		   //計數器2級到0，表示亮度已最小，標志位變低，之后計數器2開始遞增
				else 	
					cnt2<=cnt2-1'b1;
				end		 			end
		else 
			cnt2<=cnt2;                //計數器1在計數過程中計數器2保持不變
		end 	//比較計數器1和計數器2的值產生自動調整占空比輸出的信號，輸出到led產生呼吸燈效果
	assign	led = (cnt1<cnt2)?1'b0:1'b1; 
	endmodule

引腳分配如下：

脈寬調制是一種值得廣大工程師在許多應用設計中使用的有效技術，你也可以根據本節介紹的流水燈程序，實現RGB三色燈的呼吸。在下一小節我們會學習狀態機的使用方法：交通燈的設計。